40Gbits光纤通信系统的色散管理研究 陶扬 正文
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前言本研究报告从40Gb/s光通信系统的发展背景和发展趋势入手,详细介绍了40Gb/s 光系统标准制订、设备研发及测试的基本情况,对其关键技术及其实现方式进行了深入的研究,提出了40Gb/s SDH系统技术方案建议,并对40Gb/s技术发展进行了分析和比较。
本研究报告的编写单位:信息产业部电信研究院通信标准研究所本研究报告的主要编写人:张佰成、赵文玉1目 录1、 概述 (1)1.1 40Gb/s技术发展背景 (1)1.2 本报告内容安排 (3)2、40Gb/s SDH系统研发的相关基本情况 (4)2.1 40Gb/s的标准制定情况 (4)2.2 40Gb/s光电器件产品 (6)2.2.1 40Gb/s SDH系统功能结构 (7)2.2.2 40Gb/s SDH系统主要光电器件产品 (7)2.2.3 40Gb/s光电器件简要分析 (9)2.3 40Gb/s SDH 设备商研发情况 (9)2.4 40Gb/s SDH测试设备研发情况 (13)3、40Gb/s SDH关键技术及其实现 (13)3.1 电子特性限制及其克服 (13)3.2 光学特性限制及其克服 (14)3.2.1 色散效应及其克服 (14)3.2.2 非线性效应及其克服 (15)3.2.3 光信噪比及其解决方法 (15)3.2.4 光器件封装技术限制及其克服 (16)3.3脉冲的调制格式 (16)4、40Gb/s SDH系统技术方案建议 (17)4.1 系统结构与方案 (17)4.2 复用结构与方案 (19)4.3 调制格式及方案 (20)4.3.1 调制格式种类 (20)4.3.2 调制格式比较 (21)4.3.3 调制器及调制格式的选择 (25)4.4色散补偿方案 (26)4.4.1色度色散及其补偿方案 (26)4.4.1.1色度色散基本补偿方法及其比较 (26)4.4.1.1.1 线性补偿 (26)4.4.1.1.2 非线性补偿 (27)4.4.1.2色度色散补偿方案的选择 (27)24.4.1.2.1 40Gbit/s色度色散补偿简要分析 (27)4.4.1.2.2补偿方案选择 (28)4.4.2偏振模色散及其补偿方案 (29)4.4.2.1偏振模色散基本补偿方法及其比较 (29)4.4.2.2偏振模色散补偿方案的选择 (30)4.4.2.2.1 40Gbit/s偏振模色散补偿简要分析 (30)4.4.2.2.2补偿方案选择 (31)4.5同步与定时要求 (32)4.5.1 SDH传输设备时钟的性能要求 (32)4.5.2 SDH传输系统传送定时的功能要求 (32)4.5.3 SDH传输设备的SSM功能要求 (34)5、40Gb/s SDH发展分析 (36)5.1 SDH与以太网的比较 (36)5.2 40Gb/s技术发展分析 (38)340Gbit/s光通信系统关键技术及其应用研究1、 概述1.1 40Gb/s技术发展背景从2000年开始,整个通信与信息行业超高速发展的泡沫经济破产后,作为通信行业主体之一的光纤通信,面临着有史以来最严峻的考验。
用于40G/100G光传输的色散补偿技术作者:FredrikSjostromProximionFiberSystemsAB公司对电信行业的光系统供应商和网络运营商来说,对更快更高性价比的光传输网络的追求是没有止境的。
就像20世纪90年代末期从2.5G(千兆位)到10G的转变一样,电信行业目前正在面临从10G到40G容量转变的技术挑战。
这种转变的步伐大小很大程度上取决于具有合理成本的合适技术。
本文介绍了基于光纤布拉格光栅(FBG)的色散补偿技术如何能节省成本,并满足更高位速率光传输网络所需的技术要求作者:Fredrik SjostromProximion Fiber Systems AB公司对电信行业的光系统供应商和网络运营商来说,对更快更高性价比的光传输网络的追求是没有止境的。
就像20世纪90年代末期从2.5G(千兆位)到10G的转变一样,电信行业目前正在面临从10G到40G容量转变的技术挑战。
这种转变的步伐大小很大程度上取决于具有合理成本的合适技术。
本文介绍了基于光纤布拉格光栅(FBG)的色散补偿技术如何能节省成本,并满足更高位速率光传输网络所需的技术要求。
在过去几年中,基于FBG的色散补偿器已经成为色散补偿光纤(DCF)的实用替代技术。
随着DCF技术的不断成熟,对DCF技术只能进行量变而非质变的改进,因此这一领域如今已充分开放给具有突破性和高性价比的FBG技术。
就像任何突破性技术一样,FBG技术最初也受到种种怀疑,但利用FBG进行色散管理的优点最终变得非常突出而无法让人释怀,这从过去几年全球众多系统所部署的成千个FBG-DCM可以明显地看出来。
基于FBG的色散补偿色散,即短的光脉冲在沿光纤传输时产生的即时失真(扩展或拖尾),是光传输系统中的一个基本问题。
这种信号的失真如果没有得到正确的补偿将导致码间干扰,最终引起数据丢失和/或业务中断。
克服色散问题的传统方法是在整个光网络中采用多束DCF。
基于DCF的补偿技术是一种非常简捷的技术,它基于的原理是:与实际传输中使用的标准单模光纤相比,这种光纤的色散系数具有相反的符号。
40 Gb/s波分系统设备技术40 Gb/s WDM System Equipment Technology沈百林摘要:随着40 Gb/s端口路由器的出现,未来几年内40 Gb/s波分系统设备将取代现有的10 Gb/s波分系统设备,就像前几年10 Gb/s波分系统设备取代2.5 Gb/s波分系统设备一样。
然而,40 Gb/s波分系统有很多传输限制因素,包括光放大器自发辐射噪声、光纤非线性效应、色散、偏振模色散等等。
为实现40 Gb/s的波分传输,采取新型调制码型、可调色散补偿、偏振模色散补偿等措施至关重要。
关键词:波分复用;调制码型;光信噪比;光纤非线性Abstract:With the emerging of 40 Gb/s port router, the 40 Gb/s Wavelength Division Multiplexing (WDM) system equipment will replace the 10 Gb/s WDM system equipment, just like 10 Gb/s WDM system equipment replaced 2.5 Gb/s WDM system equipment several years ago. The 40 Gb/s WDM system has several transmission limiting factors, such as Amplified Spontaneous Emission (ASE) noise, fiber nonlinearities, chromatic dispersion, plorization mode dispersion, etc. In order to solve these problems, it is necessary to use new modulation formats, chromatic dispersion compensation and polarization mode dispersion compensation. Key words:WDM; modulation formats; OSNR; fiber nonlinearities随着IP业务的爆炸式增长,对传输速率和传输容量需求的不断增加,40 Gb/s端口路由器的出现直接刺激了40 Gb/s波分系统的发展。
40Gb/s 的FBG 色散补偿系统的应用与仿真杨闯关,文爱军西安电子科技大学通信工程学院,西安(710071)E-mail :chuangguan@摘 要:随着光通信系统比特率需求的增加,信号色散成为影响通信质量的直接原因,因此色散补偿成了一个极为重要的问题。
如何低成本、高效率地对已经广泛铺设的常规单模光纤通信系统的色散进行补偿已经引起了人们极大的关注。
光纤光栅作为新型的光子器件,其优异的性能决定了它可用作波分复用(WDM)系统的色散补偿器,不同种类的光纤光栅可以补偿不同的色散。
本文详细地介绍了这些光纤光栅色散补偿器的基本原理、发展现状、存在的优势与不足、以及未来的发展趋势,并通过仿真为新型色散补偿器的研制提供了依据。
关键词:光纤布拉格光栅(FBG ),色散补偿光纤(DCF ),偏振模色散(PMD )1. 引言目前持续对网络增容需求的增加使得我们有必要对电信中的网络流量进一步的提高,利用已有的各项技术,综合考虑光纤通信的优点有频带宽,容量大,损耗小,中继距离长,误码率小等,光纤通信以它独特的优点在现代电信工业中扮演着重要的角色。
为满足用户对通信带宽日益增长的需求,各网络运营商纷纷构筑新的网络或者对其已有的网络进行扩容和升级,使他们拥有的光网络朝着Tbit/s 乃至数十Tbit/s 方向发展。
本文仅就40Gbit/s 系统的传输性能涉及到的关键问题和解决技术方案作以简述。
2. 理论分析2.1 色散射在实际光纤系统中的传输能力与理论期望有很大的差距,原因就是存在色散。
色散描述了介质的折射率n 对介质中所传输的光的波长λ的依赖,即n=n(λ)。
根据折射率的定义(n=v/c ),色散就意味着根据其波长改变介质中的光速度。
色散有模间色散和色散射。
色散射[1,2](即色度色散)是由于不同波长的光在光纤中以不同的速度传播,会以不同的时间到达接收端导致脉冲的变宽。
它有材料色散和波导色散组成。
在多模光纤里模间色散往往掩盖了色度色散,所以在这里就不讨论了,这里主要讨论在单模光纤里的色散射。
2000年第18卷第1期 长春邮电学院学报 2000 V o l118 N o11 JOU RNAL O F CHAN GCHUN PO ST AND TEL ECOMMUN I CA T I ON I N ST ITU TE文章编号:100021794(2000)0120028207高速光纤通信系统色散管理技术探讨α钱 颖1,黄石峰2,柏葆华1,孙英志1(1.长春邮电学院通信工程系,吉林长春 130012;2.邮电第六实验工厂,吉林长春 130012)摘要:对色散的机理进行了理论分析,详细讨论了色散位移光纤、色散补偿光纤、啁啾(ch irp)光纤光栅、光孤子、频谱反转、预啁啾、色散支持等色散补偿技术及补偿能力。
分析比较结果表明,啁啾光纤光栅适于高速光纤的通信系统的最佳补偿方式。
关键词:光纤;光栅;色散中图分类号:TN929111 文献标识码:A前 言目前光纤通信已经成为传输信息的主要手段之一。
随着时代的发展,人们对信息的需求越来越大,范围越来越广,信息传输距离也越来越远,但光纤通信传送的信息容量和传输距离受到光纤损耗和色散的限制。
近年来由于掺铒光纤放大器的出现,使损耗的补偿得到圆满的解决。
如今已经埋设的单模光纤大多是一阶色散零点位于1131Λm波长处的常规单模光纤,在此波长上传输可以不考虑一阶色散的影响,然而由于1155Λm是石英光纤3个低损耗窗口中损耗最低的1个,而且ED FA(掺铒光纤放大器)也是工作在此波长上,这使得人们倾向于利用1155Λm处的波长,在此波长处常规单模光纤的色散系数约为17p s (nm km),因此色散问题就很突出。
从长远来看,随着人们对信息量需求的增加,要求通信系统能够在较宽波段范围内工作,波段资源的开发必然对色散补偿提出更高的要求。
1 色 散顾名思义,色散就是指不同颜色的光信号在传输媒介中由于传播速度不同而产生分离的现象。
在光学中,不同颜色就是指不同的频率。
色散会导致脉冲展宽,强度降低,导致误码率增加,通信质量下降。
40Gb/s光纤传输系统中调制格式的调研——开题报告一.课题来源光纤通信是以光波为载波,以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。
由于光纤媒质所具有的传输带宽大,传输损耗低,抗干扰能力强等特点。
使光纤通信技术始终在通信基础网络建设中占据着主导地位。
在“信息高速公路”的概念被提出以后,光纤通信技术在加大容量和延长通信距离方面取得了突飞猛进的发展。
20世纪90年代中期以前的光纤通信是以时分复用为基础的单波系统。
在新一代超高速光纤通信系统中,最具代表性的成就是指在2000年,光波分复用系统(WDM)使用波分复用技术在一根光纤上实现了3.28TB/S的传输速率。
光波分复用的突出优点是可有效地利用单模光纤低损耗区所带来的巨大带宽资源,明显提高系统的传输容量,同时将相应增加的成本降到很低的程度。
随着市场对光纤传输速率和容量的需求不断增加,密集波分复用技术(DWDM )的发展得到了极大的促进。
,但此时信道中各种限制因素如信道干扰,光纤的非线性,色散(CD)和偏振模色散(PMD)四波混频(FWM)等的影响,使得系统很难达到预期的性能。
所以就需要采用各种先进的技术来提高系统的性能。
对于现有的长距离载波,开发一种新的光纤并不是很经济。
而使用一个好的调制方式可以显著的降低成本。
因此,越来越多的人们更加关注光纤传输系统中的调制方式。
二、研究目的与意义实现长距离传输是DWDM系统的最核心部分。
调制技术的研究一直是发展高速光通信系统中的关键技术之一。
考虑到单信道速率提升后,WDM系统的总传输容量不断创造新高,系统所遇到的传输损耗包括色散和非线性将进一步加剧,在10Gb/s系统中普遍使用的NRZ信号已经不能让那个满足光传输系统的要求。
为了减小这些效应对传输性能的影响,除了对色散和非线性效应进行控制和管理外,采用新型的光调制格式,综合考虑各个调制格式的优点及系统设计的其他方面因素来选择最佳的传输格式,是改变系统性能的重要方法之一。
并且,采用新型的调制格式只需要在光传输系统的发射端和接收端更换相应的设备,不需要对已有的传输线路做很大的改动,有利用降低系统的升级成本。
光纤传输中的色散理论2011.2.14摘要:随着光纤通信系统中信号速率的提高和传输距离的增加,光纤的色散、非线性效应,以及二者之间的相互作用成为限制系统性能的重要因素。
目前,在光纤通信、色散补偿以及非线性光学等实际应用中,色散特性显得十分重要。
本文首先简单介绍了光纤通信的发展,重点讲述了光纤传输过程中的色散特性。
接着我们从麦克斯韦方程组出发,建立了光脉冲在光纤中传播的理论模型。
在只考虑色散效应的情况下,对该理论模型进行进一步的研究,数值模拟出高斯光脉冲在光纤中的传输状态,并讨论了色散对光脉冲传播特性的影响。
最后分别研究了光纤传输系统的几种色散补偿技术。
关键词:光脉冲,色散,麦克斯韦方程组,色散补偿Dispersion in Fiber TransmissionABSTRACT:Fiber dispersion ,fiber nonlinearity and their interaction become the essential limiting factors of fiber communication systems with theincreasing of bit rate and transmission distance. At present, dispersion characteristics are very important for realistic applications of optical fiber communications, dispersion compensation and nonlinear optics. The article introduces development of fiber communication ,and undertakes a detailed study of dispersion in fiber transmission. then we proceed from Maxwell’s equations to built a theoretic model that describes the propagation of optical pulse in fiber. A further discussion about this theoretic model is proposed in the case of only considering dispersion. The transmission state of Gauss optical pulse in fiber was simulated numerically ,and the influence of dispersion on transmission characteristics of optical pulse is discussed. Finally,the fundamental principle of dispersion compensation are given.Key words:optical pulse , dispersion, Maxwell’s equations ,dispersion compensation一 引 言数据业务,特别是占主导地位的IP 业务量的爆炸式增长,对数据网的带宽、传输距离、容量等性能提出了更高的要求。
光子晶体光纤中40Gbits光孤子传输系统的数值研究的开题报告一、研究背景随着互联网技术的不断发展,通信技术也在不断升级更新,高速传输技术已经成为当今通信技术领域的热点研究方向。
光纤通信技术是目前最流行的高速传输技术,光子晶体光纤则是近年来发展出来的具有优异性能和应用前景的新型光纤材料。
光子晶体光纤具有高密度光子能带、超低损耗、超宽带宽等特点,可以广泛应用于通信、测量、激光、生物医学和传感等领域,是目前材料学和物理学领域的热门研究方向之一。
在光子晶体光纤中,光孤子是一种强非线性光学现象,具有窄带宽、高速率和稳定性等优势,在高速传输和信息传输等应用中具有广泛的应用前景。
二、研究目的本文旨在研究光子晶体光纤中40Gbits的光孤子传输系统,通过数值模拟和仿真方法,分析其传输特性和光孤子的演化规律,探究其在高速传输和信息传输等领域的应用前景,为光子晶体光纤的应用和发展提供一定的理论基础和技术支撑。
三、研究内容及方法1.分析光子晶体光纤中40Gbits的光孤子传输特性和演化规律,研究其对传输损耗、啁啾效应、色散效应和非线性因素的影响。
2.利用有限差分法、变分法、Pade近似等数值方法,对光孤子传输系统进行数值模拟和仿真,分析信号的传输质量、速率、可靠性等参数。
3.通过对比不同参数下的模拟结果,分析光子晶体光纤中40Gbits的光孤子传输系统的性能和优缺点,探究其在高速传输和信息传输等领域的应用前景。
四、研究意义1. 探究光子晶体光纤中40Gbits的光孤子传输系统的性能和优缺点,为其在高速传输和信息传输等领域的应用提供理论基础和技术支撑。
2. 深入分析光子晶体光纤中光孤子的演化规律,促进光子晶体光纤的应用和发展,为光纤通信技术的发展做出贡献。
3. 实践数值模拟和仿真方法,并将其应用于光子晶体光纤中40Gbits 的光孤子传输系统,提高对光纤通信技术的理解和认识,拓宽研究视角和思路。
五、预期成果1. 所设计的40Gbits光孤子传输系统的数值模拟和仿真结果,分析其传输特性、演化规律及其在高速传输和信息传输等领域的应用前景。
【摘 要】40Gbit/s DWDM是未来波分复用技术发展的方向,文章从ASE噪声积累、光纤色散效应、偏振模色散、光纤非线性效益四方面介绍了其技术难点,从调制码型、业务支持、保护恢复和网络运维四方面介绍了相应的关键技术,并针对存在的问题提出了不同的解决方案。
【关键词】40Gbit/s DWDM系统 调制 网络生存性 色度色散 偏振模色散40Gbit/s DWDM系统关键技术研究张 沛 中国联合网络通信股份有限公司博士后工作站华一强 王海军 中讯邮电咨询设计院刘晓甲 中国联合网络通信股份有限公司技术部顾畹仪 北京邮电大学收稿日期:2010-07-161 背景介绍随着各种宽带业务的蓬勃发展,运营商及终端用户对带宽容量的要求越来越高,尤其近几年,以P2P为代表的新型互联网应用的普及促使IP流量持续快速增加。
目前,骨干传输网络中单通道以10Gbit/s为主的速率已经远远不能满足用户需求,部分段落中的10Gbit/s容量甚至已经到了“枯竭”的程度,可以预测,光骨干传输网络的发展将朝着大容量、长距离、高速率的方向发展。
过去两年,随着40Gbit/s DWDM技术及相关设备的成熟,国内外大多数运营商已经开始或者准备开始大规模在骨干传输网络上部署40Gbit/s DWDM设备。
与传统的10Gbit/s DWDM网络相比,40Gbit/s DWDM由于单通道传输速率和容量提高了四倍,导致其对网络建设和运维的要求更为严格。
本文从网络建设和运营维护角度出发,对40Gbit/s DWDM网络面临的实现难点及关键技术进行总结和分析。
2 技术难点对于40Gbit/s DWDM网络,运营商大都选择升级部署的策略,即从原有10Gbit/s系统升级到40Gbit/s系统,先在高负荷区域(例如经济发达地区)部署40Gbit/s 系统,以缓解带宽压力,然后把全网系统逐步升级到40Gbit/s。
这种无缝升级策略意味着新部署的40Gbit/s系统必须能够在当前10Gbit/s系统中运行,且不能改变当前10Gbit/s传输网络链路结构以及网络连接特性,同时还须具有和10Gbit/s系统一样的传输质量。
最新北京邮电网络学院《光网络》期末综合练习题及解答《光网络》一、填空题:1、光网络是指以光纤为基础传输链路所组成的一种通信体系网络结构。
2. 强度调制直接检波光纤数字通信系统是由电、光发射端机,光中继器,光、电接收端机,光纤,监控系统,备用系统构成的。
3.目前,实用光纤的三个低损耗窗口在0.85μm、1.31μm、1.55μm附近。
色散位移单模光纤是在1.55μm处,实现最低损耗和最低色散.4.光波在均匀介质里,是以直线传播,当光射线遇到两种介质交界面时,将产生全反射或部分反射。
5.均匀光纤的导光原理为全反射原理,它的数值孔径表示了光纤收集光线的能力。
定义式为NA=no SinφMax,也可表示为NA=n12。
6. 采用非均匀光纤的目的是为了减少光纤的模式色散,这样会在光纤中近似产生自聚焦现象,这需要纤芯折射率服从平方律型折射指数分布分布。
7.单模光纤的色散包括材料色散和波导色散,此外,系统所使用的光源与光纤色散相互作用,给系统引进了的干扰和噪声主要有三种,即码间干扰、模分配噪声、啁啾声8.一般光纤分为单模光纤和多模光纤,单模光纤的芯径为 8.4~10μm 存在材料色散和波导色散,传输的基模是LP 01。
9.多模光纤的芯径为9.50μm ,存在模式色散、材料色散和波导色散。
10.按照纤芯折射率分布的不同,光纤可分为阶跃型光纤(均匀光纤)、渐变型光纤(非均匀光纤)、按照传输模式的多少来分,可分为单模光纤、多摸光纤。
11. 在非均匀光纤中,其集光能力是用本地数值孔径表示,定义式为222)(θsin n r n NA NA -==。
12.普通激光器在高速调制下的输出谱线呈多纵净负荷区和管理单元指针。
20.光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号,在发射端经复用器汇合,并将其耦合到同一跟光纤中进行传输,在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离,然后由光接收机做进一步的处理,使原信号复原。
40Gbs传输的几种主流调制码型应用浅析随着通信业务的飞速增长,促使网络对大带宽调度的需求产生,这是40Gb/s传输的根本驱动力。
40Gb/s能够更好地满足IP宽带业务流量增长的需求,具有更高的集成度,节省空间、节电、节省运维成本等方面的优势。
然而,40bit/s密集波分复用(DWDM)传输与10Gb/s传输在同等物理条件下相比,光信噪比(OSNR)劣化4倍(6dB),色度色散容限降低16倍,偏振模色散(PMD)劣化4倍,非线性效应变得更加明显。
因此,40Gb/sDWDM传输系统必须具备:①先进的调制码型,提升传输性能,降低OSNR、PMD、非线性、色散等各方面的限制;②超强型前向纠错编码(SFEC)提高克服白噪声的纠错能力,降低系统OSNR要求;③新型色散管理技术,提高色散容限,消除色散窗口代价。
先进的调制码型是解决40Gb/sDWDM长距离传输的关键技术之一。
1差分相移键控D(B)PSK光纤传输系统中广泛使用的调制格式为基于幅度的开关键控调制(OOK),采用直接检测的方式进行接收。
基于相位的DPSK调制与传统的OOK都属于二进制调制格式,1个二进制符号只能携带1个比特的信息。
在DPSK调制预编码中,有两路信号。
一路信号通过一个或非门,另一路信号进过一个异或门以达到使信号延迟一个比特的目的,最后将两个信号相加就产生了DPSK信号。
DPSK信号接收对比特延迟分支信号互相干,在平衡检测下,接收机的灵敏度提高了3dB,在DWDM传输时对噪声和非线性效应具有更高的容忍度。
DPSK信号除了有精确控制1个比特延迟解调接收,还有小于1个比特延迟的P-DPSK解调接收,在50GHz波长间隔的DWDM传输系统中具有更优的传输性能。
2差分正交相移键控DOPSKD(B)PSK属于二进制调制格式。
为提高光谱效率,提出差分正交相移键控(DQPSK)调制码型,每1个符号可以携带2比特信息,从而将线路速率减少到20Gbaud,提供比40Gbaud更好的性能。
40Gbs单模光纤的单信道传输系统设计与分析武汉理工大学《专业课程设计4》课程设计说明书目录1 技术要求 ..................................................................... . (1)1.1 设计目的 ..................................................................... (1)1.2 设计要求 ..................................................................... ...................................................... 1 2 建立模型 ..................................................................... . (1)2.1 光通信系统 ..................................................................... .. (1)2.2调制方式 ..................................................................... . (1)2.3码型选择 ..................................................................... . (2)2.4 码型产生 ..................................................................... ...................................................... 3 3 仿真结果及分析 ..................................................................... . (4)3.1 RZ信号的40Gb/s单模光纤单信道的传输系统仿真 (4)3.2 NRZ信号的40Gb/s单模光纤单信道的传输系统仿真 (6)3.3 CS-RZ信号的40Gb/s单模光纤单信道的传输系统仿真 (7)4 调试过程及结论 ..................................................................... . (8)4.1 非线性效应 ..................................................................... .. (8)4.2 灵敏度 ..................................................................... .. (10)4.3 色散容忍度 ..................................................................... (11)4.4 色散补偿 ..................................................................... . (12)4.5 结论 ..................................................................... (13)5 心得体会 ..................................................................... .. (13)6 参考文献 ..................................................................... .. (14)武汉理工大学《专业课程设计4》课程设计说明书40Gb/s单模光纤的单信道传输系统设计与分析1 技术要求1.1 设计目的利用OptiSystem软件设计一个40Gb/s单模光纤单信道的传输系统,进行模型仿真,调试程序使其达到设计指标要求及分析仿真结果。
摘要现在,随着光纤通信系统的传输距离和传输速率的提高,光放以及色散管理已经成为了一个能影响光纤通信系统的非常重要因素。
在40Gbit/s光纤通信系统逐渐取代10Gbit /s系统的过程中,光纤传输系统对非线性抵抗性和色散管理提出了更加高的要求。
本文主要介绍几种色散管理中所用到的色散补偿技术,并通过三种色散管理方案对其中色散补偿光纤技术进行研究,找出最、更适合长距离传输系统的方案。
通过对三种光纤通信系统链路部分色散管理方案进行比较,在40Gbit/s光纤通信系统中讨论不同的色散管理方案的输入光功率对光纤传输系统的Q值、误码率和光信噪比的影响,发现中置放大的色散管理方案具有更好的Q值和光信噪比,更低的误码率,更加适合长距离的光纤通信系统。
关键词:色散管理非线性光放大 Q值AbstractNow, as the transmission distance of optical fiber communication system and the improvement of transmission rate, light put and the dispersion management has become a can affect the optical fiber communication system is very important factor. In 40 gbit/s optical fiber communication system in the process of gradually replace 10 gbit/s system, optical fiber transmission system for nonlinear resistance and dispersion management put forward higher requirements. This paper mainly introduces several kinds of dispersion management used in the dispersion compensation technology, and through the three types of dispersion management solution on the technology of dispersion compensation fiber is studied, find out the most, is more suitable for long distance transmission scheme of the system. Based on three kinds of optical fiber communication system link part of dispersion management scheme comparison, in 40 gbit/s optical fiber communication system input optical power of different dispersion management scheme for the Q value of optical fiber transmission system, the influence of the bit error rate and optical signal-to-noise ratio, found in placed large dispersion management scheme has better Q value and optical signal-to-noise ratio, lower bit error rate, more suitable for long distance optical fiber communication systems.Keywords:Dispersion management nonlinear Light amplification Q value目录摘要 (i)Abstract .................................................................. i i1 引言 (5)2 光纤通信系统 (6)2.1 系统构建 (6)2.2 链路三部分 (6)2.2.1 EDFA掺铒光纤放大器 (6)2.2.2 色散补偿光纤(DCF) (9)2.2.3 单模光纤 (10)3. 色散 (12)3.1.光纤色散的基本概念 (12)3.2.光纤色散对系统的影响 (12)3.3.光纤色散的分类 (12)3.3.1.模式色散 (12)3.3.2.材料色散 (13)3.3.3.波导色散 (13)3.3.4.三种色散的比较 (13)4. 色散管理 (15)4.1光纤通信的现状和发展趋势 (15)4.2 色散补偿技术 (15)4.2.1 概念 (15)4.2.2 原理 (15)4.2.3 分类 (16)5. 色散管理方案实例 (19)5.1利用色散补偿光纤进行色散补偿的三种方案 (19)5.1.1 .前置放大 (19)5.1.2 中置放大 (19)5.1.3 后置放大 (19)5.2 所使用的SMF和DCF的参数 (20)5.3 三种色散管理方案对比 (20)6. 光纤通信系统色散管理未来发展 (24)结束语 (25)参考文献 (26)致谢 (27)1 引言伴随着信息量的快速增大,光纤通信网传输的速率普遍由2.5或者10Gbit/s提升到40Gbit/s,各种先进技术也因此被应用到了光纤通信系统中,这也对光纤通信系统中光纤的非线性和色散等一些指标提出了一定的要求,比如光信噪比(OSNR)、色散容限和偏振膜色散(PMD)等等技术指标。
在实际光纤通信系统中,为了提升系统的Q值和光信噪比OSNR,基本都采用了色散管理和光放技术。
本文将介绍几种色散补偿技术,并针对色散补偿光纤技术进行研究和讨论。
对于40Gbit/s光纤通信系统中链路部分的光放大器放置位置对色散管理的影响。
由于色散补偿光纤(DCF)的模场截面积大约是常规型单模光纤(SMF)的1/4,可能会导致光纤通信系统中积累的非线性效应的程度不同,因此采用四种常见的光信号调制技术(MODB先进光双二进制调制、CSRZ载波抑制归零调制、DPSK差分相移键控调制、DQPSK正交查分相移键控调制),获得了抑制光纤通信系统中非线性积累的色散管理的光放方案。
2 光纤通信系统2.1 系统构建光纤传输系统一般由发射、链路和接收3部分组成。
如图:光纤传输系统简图其中,发射部分由伪随机发生器、电信号发生系统、光谱分析仪、光功率计、连续光激光系统和M-Z调制系统组成。
接收部分由光信号检测系统、滤波器、误码仪组成。
链路部分主要由掺铒光纤放大器EDFA、色散补偿光纤(DCF)和常规型单模光纤(SMF)组成。
本文主要研究和讨论链路中DCF、SMF和EDFA的放置方式不同,三种色散补偿管理链路系统方案(前置放大、中置放大和后置放大)。
2.2 链路三部分2.2.1 EDFA掺铒光纤放大器(1)光放大器的工作性能在光纤通信系统中,光放大器促使了波分复用技术(WDM)走向实用化,并且促进了光接入网技术的飞速发展;最终还将促进光孤子通信技术的实用化。
光放大器的主要工作性能有:放大器的增益与带宽;饱和输出功率;放大器噪声等。
(2)掺铒光纤放大器(EDFA)的基本结构EDFA主要是由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、光耦合器、光隔离器以及光滤波器等构成。
结构图如下:其中:光耦合器是将泵浦光源输出的广播和输入光信号混合起来的无源光器件;光隔离器是保护光放大器的工作稳定性,使其不受到反射光的影响,保证光信号只能正向传输的器件;掺铒光纤是一段长度约为10到100m的石英光纤,其纤芯中注有稀土元素,浓度大约为25mg/kg;泵浦光源为半导体激光器,输出光功率在10到100mW之间,工作波长在0.98μm或者1.48μm左右;光滤波器的作用是过滤掉光放大器的噪声,降低系统受到的噪声影响,提高通信系统的信噪比。
(3)掺铒光纤EDF的原理掺铒光纤EDF原理图如下:(4)性能参数A.放大器的增益与带宽放大器增益G(dB)指的是输出信号功率与输入信号功率的比值。
公式:G(dB)=10log10(Ps,out/Ps,in)。
增益带宽(nm):工作带宽平坦增益带宽。
B.饱和输出功率饱和输出功率是指输出的最大功率,对脉冲放大器有峰值功率和平均功率之分,其表示有信号时的输出功率。
C.放大器噪声噪声系数NF(dB)指输入信噪比与输出信噪比的比值。
公式:NF(dB)=10log10[(SNR )in/(SNR)out]。
(5)优点A.工作波长刚好处于光纤通信的最佳波段(1500~1600nm);其主体是一段光纤,与传输光纤的耦合损耗很小,可达0.1dB。
B.增益高,约为30~40dB;饱和输出光功率大,约为10~15dBm;增益特性与光偏振状态无关。
C.噪声指数小,一般为4~7dB;用于多信道传输时,隔离度大,无串扰,适用于波分复用系统。
D.频带宽,在1550nm窗口,频带宽度为20~40nm,可进行多信道传输,有利于增加传输容量。
(6)缺点A.波长固定,只能放大波长在1.55μm左右的光波,换用不同基质的光纤时,铒离子能级也只会发生非常小的变化,可调节的波长十分有限,只能换用其他元素。
B.增益带宽不平坦,在波分多路复用(WDM)系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。
(7)基本应用形式具体的应用形式有以下三种:中继放大器(LA):在光纤线路中每隔一段距离设置一个光纤放大器,以延长干线网的传输距离。
后置放大器(BA):放在光发射机后,以提高发射光功率,对其噪声要求不高,饱和输出功率是主要参数。
前置放大器(PA):放在光接收机之前,放大微弱的光信号,以改善光接收灵敏度,对噪声要求苛刻。
2.2.2 色散补偿光纤(DCF)(1)基本介绍色散补偿光纤DCF是具有大的负色散光纤。
它是针对现已铺设的G652标准单模光纤而设计的一种新型单模光纤。
色散补偿光纤(DCF)开发于20世纪90年代中期,它在实现色散补偿任务中扮演了十分重要的角色。
目前,国内99% 以上1550nm外调制光纤干线/超干线仍然使用G.652标准光纤,因此可以将DCF 色散补偿模块(DCM)放置在每一个或者每几个光纤段的输入或输出端,周期性地使光纤链路上累积的色散接近零,使单信道1550nm外调制光纤干线/超干线传输光纤的色散得到更加好的补偿。